FA313型微量注射泵常見故障案例分析

趙 龍 昝 釗

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不斷發(fā)展,微量注射泵在臨床的廣泛應(yīng)用,提高了輸液安全性和準(zhǔn)確性,減輕了醫(yī)護(hù)工作者的工作強(qiáng)度,同時(shí)也提高了護(hù)理質(zhì)量[1].FA313型微量注射泵(北京鑫禾豐醫(yī)療技術(shù)有限公司)具有注射器裝卡不當(dāng)報(bào)警、阻塞報(bào)警、接近推空?qǐng)?bào)警、電機(jī)堵轉(zhuǎn)報(bào)警和網(wǎng)電源中斷報(bào)警等功能,有效保證注射安全可靠地進(jìn)行,可滿足不同注射場(chǎng)合對(duì)流速的要求.

1 FA313型微量注射泵原理

FA313型微量注射泵主要由電源模塊、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和裝卡機(jī)構(gòu)7部分組成[2-3].微量注射泵工作原理見圖1.

圖1 FA313型微量注射泵工作原理

由市電220 V經(jīng)開關(guān)電源電路輸出18 Vdc與內(nèi)置電池12 V電壓接入電源控制板,電源控制板控制電池的先快速、后涓流充電,雙路電源正確切換及穩(wěn)壓,提供系統(tǒng)所需12 V和5 V的工作電壓,同時(shí)電源控制板還具備內(nèi)置電池監(jiān)測(cè)功能,提供電池電量低報(bào)警,保證液體注射過程的安全.

控制系統(tǒng)以ATMEGA32單片機(jī)為主控元件,當(dāng)設(shè)定好參數(shù)后,設(shè)備會(huì)在預(yù)置程序控制下協(xié)調(diào)各部分工作,并實(shí)時(shí)采集各種狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、顯示和各種故障響應(yīng).

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、電機(jī)速度檢測(cè)和推進(jìn)位置檢測(cè)組成.使用時(shí),單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖,脈沖經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路功率放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)減速后帶動(dòng)絲杠,將絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成與之配套螺母的直線運(yùn)動(dòng),其注射器活塞與螺母相連,從而推動(dòng)注射器活塞實(shí)現(xiàn)高精度且平穩(wěn)無脈動(dòng)的注射藥液.在此過程中,電機(jī)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)電路將電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)反饋到中央處理器,中央處理器則根據(jù)反饋閉環(huán)控制電機(jī)電壓,以便獲得設(shè)定的轉(zhuǎn)速[4].

檢測(cè)電路主要包括規(guī)格檢測(cè)電路、阻塞檢測(cè)電路、推進(jìn)位置檢測(cè)和電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)電路.注射器安裝完成時(shí),規(guī)格檢測(cè)器會(huì)通過注射泵內(nèi)部的滑動(dòng)變阻器自動(dòng)識(shí)別注射器規(guī)格,以便使設(shè)備在相同流速下針對(duì)不同規(guī)格的注射器選擇不同的活塞推進(jìn)速度.在注射泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光片周期性的遮擋光耦的光路,從而在光耦中產(chǎn)生正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào),此信號(hào)反饋給中央處理器實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的精確控制.阻塞檢測(cè)電路則是利用壓敏元件間接地將管路的力轉(zhuǎn)換成絲杠的力矩位移信號(hào)和正常值進(jìn)行比較,并在注射器推進(jìn)過程中對(duì)管路壓力進(jìn)行全程監(jiān)控,如有異常則立即聲光報(bào)警,提示操作人員立刻處理,從而確保整個(gè)過程的安全.推進(jìn)位置檢測(cè)電路應(yīng)用兩組光耦元件檢測(cè)注射器推進(jìn)器位置信息,使得當(dāng)推進(jìn)器到達(dá)第一個(gè)光耦位置時(shí)設(shè)備發(fā)出"接近完成"指示,并發(fā)出間斷報(bào)警聲提醒操作者準(zhǔn)備停機(jī),而當(dāng)推進(jìn)器到達(dá)第二個(gè)光耦位置時(shí)會(huì)使設(shè)備發(fā)出"完成"報(bào)警指示,此時(shí)設(shè)備按0.1 ml/h保持靜脈開放(keep vessel open,KVO)流速進(jìn)行注射.

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障現(xiàn)象.開機(jī)顯示阻塞故障報(bào)警.

(2)故障分析.FA313型注射泵阻塞檢測(cè)原理,即利用壓力傳感器檢測(cè)與絲杠軸承端同步位移的鋼珠對(duì)壓力傳感器所產(chǎn)生的壓力,再將壓力值轉(zhuǎn)換成不同電壓值送CPU的37腳進(jìn)行分析,從而判斷設(shè)備是否存在阻塞現(xiàn)象.當(dāng)設(shè)備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障或阻塞檢測(cè)線路板以及主板任何部分出現(xiàn)故障時(shí),均會(huì)導(dǎo)致設(shè)備阻塞報(bào)警[5-6].阻塞檢測(cè)電路繪制見圖2.

圖2 阻塞檢測(cè)電路原理

(3)故障排除.先松掉機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定螺絲,取出傳動(dòng)機(jī)構(gòu),松掉阻塞檢測(cè)板,露出檢測(cè)鋼珠(圖3),活動(dòng)絲杠發(fā)現(xiàn)鋼珠移動(dòng)靈活,不存在干澀或潤滑脂結(jié)塊現(xiàn)象.由于阻塞檢測(cè)板通過JP6和主控板相連,恢復(fù)好接線并將注射器裝卡到位檢測(cè)接口JP7暫時(shí)短接,打開設(shè)備電源,使用萬用表測(cè)量出JP6的1腳與3腳間電壓為5 V,表明電源正常.測(cè)量2腳與3腳間電壓為1.26 V,用螺絲重新緊固好阻塞檢測(cè)板,給絲杠一個(gè)向檢測(cè)板方向的外力,發(fā)現(xiàn)隨外力的改變2腳與3腳電壓也在改變,表明檢測(cè)板工作正常.因此,將故障排除重點(diǎn)放在主控板上,對(duì)R41、R121、C21及相關(guān)連線逐一檢查,當(dāng)檢測(cè)R41阻值時(shí),發(fā)現(xiàn)R41已開路,故更換R41后再次開機(jī),故障排除.

圖3 阻塞檢測(cè)鋼珠位置

2. 2 故障二

(1)故障現(xiàn)象.設(shè)置好參數(shù)后啟動(dòng)1~2 s出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)報(bào)警.

(2)故障分析.FA313型注射泵的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路見圖4.自CPU PA口的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)過兩片IRF7303PBF進(jìn)行功率放大后,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)在設(shè)定不同注射速度下以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),步進(jìn)電機(jī)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)機(jī)構(gòu)見圖5.當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)后步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)遮光片同步轉(zhuǎn)動(dòng),遮光片在光耦的光路中周期性的遮擋光線,從而光耦將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)可識(shí)別的脈沖信號(hào)反饋給CPU,此時(shí)CPU對(duì)采集的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析,即識(shí)別電機(jī)實(shí)時(shí)速度,當(dāng)系統(tǒng)未采集到脈沖信號(hào)時(shí),如機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)和速度檢測(cè)信號(hào)等任意部件故障時(shí),均可使CPU認(rèn)為電機(jī)存在堵轉(zhuǎn)故障[7].

圖4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路

圖5 步進(jìn)電機(jī)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)機(jī)構(gòu)

(3)故障排除.先松掉泵殼固定螺絲將泵打開,取下傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠,發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)靈活且絲杠上未發(fā)現(xiàn)異物,可排除由于機(jī)械卡住而導(dǎo)致的故障.拔掉步進(jìn)電機(jī)與主板插頭J2,使用萬用表測(cè)量步進(jìn)電機(jī)的2個(gè)繞組阻值均正常,恢復(fù)接線并將注射器裝卡到位檢測(cè)接口JP7暫時(shí)短接,接通電源并設(shè)置參數(shù),按下啟動(dòng)鍵瞬間觀察電機(jī)有輕微抖動(dòng),隨后出現(xiàn)"電機(jī)堵轉(zhuǎn)"報(bào)警,在啟動(dòng)瞬間測(cè)量步進(jìn)電機(jī)所接J2的5腳和6腳電壓為5.6 V,在J2的1、2、3和4腳可用示波器測(cè)到驅(qū)動(dòng)脈沖,表明電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路正常.計(jì)劃將光耦D1從檢測(cè)板上焊下測(cè)量判斷其是否正常,當(dāng)將光耦拆下后發(fā)現(xiàn)其中一管腳已斷在光耦封裝殼中,分析其斷裂原因,由于固定光耦的螺絲松動(dòng)而導(dǎo)致光耦位置發(fā)生偏移,與擋光片發(fā)生碰撞致使光耦管腳斷裂.為此,更換光耦并開機(jī)設(shè)置參數(shù),啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行正常,故障排除.

2.3 故障三

(1)故障現(xiàn)象.在外電工作狀態(tài)下,開機(jī)顯示ER0.6故障報(bào)警.

(2)故障分析.為了保證注射液體不會(huì)因?yàn)槭须姷墓收隙蝗恢袛?FA313型注射泵采用市電和內(nèi)置電池兩種供電方式,一旦市電斷開,設(shè)備會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為內(nèi)置電池供電方式,且設(shè)備設(shè)計(jì)有自動(dòng)充電電路,雙電源供電及充電電路原理圖見圖6[8].

圖6 雙電源供電及充電電路

設(shè)備通過PMOSFET管3VT1實(shí)現(xiàn)雙電源切換,保證18 V開關(guān)電源電壓為內(nèi)置電池充電,二極管3D4實(shí)現(xiàn)防止電池反向充電,最終18 V電壓由兩路輸出,一路經(jīng)過5 V穩(wěn)壓供給電源控制板待機(jī)電壓及主控板CPU工作電壓,另一路由開機(jī)信號(hào)控制,經(jīng)VT1輸出18 V給主控制板.當(dāng)電源控制板檢測(cè)到電池電壓低或無充電電流時(shí),通過主控板J2的7腳向主控板提供低電平,此低電平使電池電壓低指示燈點(diǎn)亮,同時(shí)主控板CPU據(jù)此得出ER0.6報(bào)警,輸液無法正常進(jìn)行.

(3)故障排除.測(cè)量電池電壓為正常,測(cè)量開關(guān)電源輸出18 V正常,表明故障出在電源控制板上,將控制板拆下從外觀上檢查,發(fā)現(xiàn)線路板上有一元件有燒毀黑點(diǎn)現(xiàn)象,對(duì)照電路板上元件編號(hào)為3D8,該元件為內(nèi)置電池充電回路的一個(gè)二極管,由于該元件開路而導(dǎo)致回路無充電電流,故采用同型號(hào)二極管進(jìn)行更換,開機(jī)后運(yùn)行正常,故障排除.

2.4 故障四

(1)故障現(xiàn)象.注射泵交流、直流供電均無法開機(jī),并且在交流供電時(shí)交流指示燈顯示正常.

(2)故障分析.在按下開機(jī)鍵后,通過電源控制板3J1接口的9腳給電源控制CPU開機(jī)信號(hào),CPU收到開機(jī)信號(hào)后控制電源板輸出5 V和18 V到主控板,從而實(shí)現(xiàn)開機(jī).注射泵電源指示燈正常,因此考慮故障出在電源控制板或按鍵開關(guān)上.

(3)故障排除.將設(shè)備接上220 V交流電壓,按下電源開關(guān)鍵,測(cè)量出3J1接口的9腳在開機(jī)瞬間有5 V到0 V變化,表明開機(jī)按鍵及周圍接插件連接正常,電源控制板上CPU的VCC腳為5 V正常,復(fù)位端外接元件正常且CPU外接晶振正常,但依舊未能開機(jī).因此,將內(nèi)置電池與電源控制板插頭拔開,以便給CPU復(fù)位信號(hào),當(dāng)再次插上電源插頭按下電源開關(guān)時(shí),設(shè)備正常打開,故障排除.

3 小結(jié)

FA313型微量注射泵是集光、機(jī)、電為一體的醫(yī)療設(shè)備,通過上述故障案例分析,為微量注射泵的工程人員掌握其設(shè)備原理和故障維修方法提供參考[9].此外,為保障微量注射泵日常使用的穩(wěn)定性、安全性以及準(zhǔn)確性,不僅要求工程師加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的熟悉程度,提高處理故障的能力,還要及時(shí)更新專業(yè)知識(shí),不斷提高維修水平,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)臨床科室注射泵使用人員進(jìn)行正確操作及日常維護(hù)培訓(xùn),定期對(duì)注射泵進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè),以保證注射泵精確性,延長其使用壽命,提高醫(yī)療質(zhì)量,保障醫(yī)療安全.